天是古代先民最早的研究对象。天是怎样形成的？天上的日月星辰是怎样运行的？四时的变化跟农业、跟人们的日常生活关系最紧密，天为什么会有四时的变化？这些问题，从远古到近古，人们一直在探讨。
远古的神话传说说：天是盘古用斧子劈开的。“天地混沌如鸡子，盘古生其中，万八千岁。天地开辟，阳清为天，阴浊为地。”[1]原来的天地混沌如鸡蛋，盘古劈开天地后，“头为四岳，目为日月，脂膏为江海，毛发为草木”，才有了自然世界。而人，是女娲用土捏成的。先民们认为，日月的运行，是天上的羲和和望舒驾驶着太阳车和月亮车在行驶。山有山神，水有水神，人们不能驾驭和掌握的地方，全由各式各样的神掌管着。人们解决不了的事，他们都希望神来帮他们解决。因此祭祀和享神成了最重要的事，成为他们征服自然力理想的寄托。
进入文明时代，天文、祭祀、卜蓍之事有专门的文化人管理，这才有可能把以前分散的、零星的天文历法知识进行整理，并以此为基础进行较系统的天文观测和计算。商周时的史、祝等人员就是专门从事此类工作的官员。殷墟出土的甲骨卜辞，有不少天文历象的记载。那时的天文历算和卜蓍占星是结合在一起进行的，科学和迷信纠结在一起，所以我国古代的天文学都带有迷信的色彩，这是古代天文学的特点。
《大戴礼记·夏小正》是成书于春秋时代的物候学著作，里边记载有不少夏代的天文气象材料。《礼记·礼运》记载孔子的话说：“我欲观夏道，是故之杞，而不足征也；吾得夏时焉。”《夏小正》从首至尾按十二月次第详细而有条不紊地记载了当时星宿出没、候鸟往来、草木荣枯、虫禽鸣蛰等的情况，可以看作是我们的祖先在长期的农业实践中从大自然所吸取的时令气候的总结。后世的《月令》大都是承袭《夏小正》的体例而加以发展，说明《夏小正》观察的正确性。《书·尧典》有关于“四仲中星”的记载：“日中星鸟，以殷仲春；日永星火，以正仲夏；宵中星虚，以殷仲秋；日短星昴，以正仲冬。”这是用恒星黄昏时在正南方天空出现的情况来判定季节的方法。黄昏时看到鸟星升到中天是仲春，这时昼夜长短相等；大火星升到正南方是仲夏，这时白昼最长；虚星出现于中天是仲秋，此时昼夜时间又相等；昴星出现于中天是仲冬，此时白昼时间最短。仲春、仲夏、仲秋、仲冬就是后来说的春分、夏至、秋分、冬至四个节气，这最晚在商末周初的实际天象已经观测到。
夏代已用天干记日，夏末的几个帝王孔甲、胤甲、履癸都是以天干记名。商代在夏以天干记日的基础上发展为干支记日，即把十天干和十二地支依次相配合，组成甲子、乙丑、丙寅等六十干支记日。殷墟曾出土过一块刻着完整六十甲子的牛肩胛骨，很可能是当时的日历表。商代已经用大小月和连大月来调整朔望年，用置闰（年终置“十三月”）来调整朔望月和回归年的长度，这是阴阳合历的最大特点。
周代已经发明了用圭表测影的方法确定冬至和夏至等节气，还能定出朔日，这是一个很大的进步。《诗·小雅·十月之交》：“十月之交，朔日辛卯，日有食之，亦孔之丑”，是我国日期记载明确的最早的一次日食记录。
